JP2990630B2 - カラーイメージセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原稿上の画像，文字等を
光学的に読み取るスキャナ等に用いられるカラーイメー
ジセンサに係り、特に色再現性に優れたカラーイメージ
センサの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のカラースキャナ等には、原稿幅に
略等しい長さの密着型イメージセンサとイメージセンサ
上に配置されたカラーフィルタとを組み合わせてカラー
画像情報を電気信号に変換するカラーイメージセンサが
用いられている。このカラースキャナは、例えば図９に
示すように、白色光源１によって原稿面２を照明し、そ
の反射光３がロッドレンズアレイ４のような等倍結像系
によって基板５上に配置されたカラーイメージセンサ６
上に投影するよう構成されている。前記カラーイメージ
センサ６は、図１０に示すように、原稿幅に略等しい長
さの直線状の受光素子アレイ６１を３列に平行に配列
し、各受光素子アレイ６１上にそれぞれ分光透過率の異
なるカラーフィルタ６２を配置して前記反射光３の３色
分解を行なうことでカラー画像情報を得るものである。

【０００３】上記カラーイメージセンサ６によれば、画
像読み取りに際して分解能を落とさずに３色分解可能で
あるという利点がある一方、各色に対応する受光素子ア
レイ６１同士がアレイ方向に直交する方向において離れ
ているため、前記受光素子アレイ６１に対して等倍結像
となる原稿面２上の読み取り位置は、各色毎によりずれ
が生じ、受光素子アレイ６１から出力される各色成分の
画像信号について後処理回路で前記ずれを補正する必要
があった。

【０００４】そこで近年、カラーフィルタを用いること
なく回折格子を使用して色分解を行なうカラーイメージ
センサが提案されている。このカラーイメージセンサ
は、図８に示すように、原稿面２からの反射光３の光路
中に、反射光３を複数の色成分に色分解する回折格子７
を配置し、該回折格子７で回折した光（波長分解された
光）を平行に配列された同一構造の３つの受光素子アレ
イ６１で３色分解を行なうものである。すなわち、原稿
面２からの反射光３は、回折格子７によりアレイ方向に
直交する方向に波長に応じて拡がる。従って、可視光線
領域（４００〜７００ｎｍ）の波長の光に対して回折角
度を求め、例えば、λ＝４５０ｎｍ，５５０ｎｍ，６５
０ｎｍの３つの波長（青色，緑色，赤色光に対応する中
心波長）が各受光素子アレイ６１の中央になるように受
光素子アレイ列を配置すれば、カラーフィルタを用いる
ことなく図７に示すような分光感度特性を有するカラー
イメージセンサを得ることができる。このカラーイメー
ジセンサによれば、各色に対応する受光素子アレイ６１
同士がアレイ方向に直交する方向において離れていて
も、原稿面２上では同一位置の画像を読み取っているの
で、色毎の読み取り位置のずれを補正する必要がないと
いう利点がある（例えば、特開平３−１３５２６６、特
開平３−１８１２６９号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
のカラーイメージセンサによれば、等間隔に配置され同
一形状の受光部を有する３つの受光素子アレイ６１によ
り読み取りが行なわれるので、３色分解は図７に示すよ
うに、青色，緑色，赤色光に対応する波長について同一
感度を有する分光特性となる。青色，緑色，赤色光の３
原色からカラー画像を得る場合、例えばＮＴＳＣ方式の
カラーテレビジョンシステムの場合においては、図６に
示すような分光感度特性とすることが知られている。図
６の分光感度特性と図７の分光感度特性とを比較した場
合、青色，緑色，赤色光に対応する中心波長からの拡が
り等が相違することにより、図７の分光感度特性で得た
３原色の色成分の情報信号を用いると、カラー画像の色
再現性が劣るという問題点があった。

【０００６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、カラー画像をより忠実に読み取るため、色再現性の
高い画像情報を得ることができるカラーイメージセンサ
の構造を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
決するため本発明は、画像に光を照射し、その反射光を
読み取る受光素子アレイと、光路中に配置され前記反射
光を複数の色成分に色分解する回折格子とを具備するカ
ラーイメージセンサにおいて、次の構成を特徴としてい
る。前記受光素子アレイは、所望の色成分に対応する数
種類の形状の受光部を有する受光素子を周期的に配列し
て構成する。各受光素子の受光部のアレイ方向に直交す
る方向における長さは、回折格子を通して色分解された
光線のうち前記所望の色成分に対応する波長の光線が入
射可能な長さとする。各受光素子の受光部の面積を分光
感度に応じた大きさとする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、各受光素子の受光部のアレイ
方向に直交する方向における長さを、所望の色成分の光
線の波長に対応する長さとしたので、前記色成分の光線
を全て受光することができ、受光部の面積を分光感度に
応じた大きさとしたので、分光感度特性に忠実な色成分
の画像信号を得ることができ、カラー画像の再現性を向
上させることができる。

【０００９】

【実施例】本発明に係るカラーイメージセンサの一実施
例について図１ないし図３を参照しながら説明する。図
１はカラーイメージセンサの一部の平面説明図、図２は
図１のカラーイメージセンサのＡ−Ａ´線断面説明図、
図３はカラーイメージセンサの構造概略構造説明図をそ
れぞれ示している。本実施例のカラーイメージセンサ
は、赤色を読み取る受光素子１１，緑色を読み取る受光
素子１２，青色を読み取る受光素子１３を周期的に配列
して成る１次元の受光素子アレイ１０から構成され、前
記３つの受光素子でカラー画像の１画素を形成してい
る。各受光素子１１，１２，１３は、ガラス等の透明基
板２０上に酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ），アモルフ
ァスシリコン（ａ−Ｓｉ），クロム（Ｃｒ）を順次着膜
及びパターニングし、透明電極２１，光電変換層２２，
各色成分を読み取る受光素子毎に形状が異なる金属電極
２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成して構成されている。透
明電極２１は帯状に形成され、光電変換層２２は透明電
極２１を覆うように帯状に形成されている。金属電極２
３ａ，２３ｂ，２３ｃは、フォトリソ及びエッチング法
で六角形状にパターニングされることにより、後述する
ように所望の受光部面積を有するとともに、アレイ方向
に直交する方向にずらして配置するように形成される。

【００１０】また、前記パターニング時に、各金属電極
２３の引き出し配線２４も同時に形成する。光電変換層
２２を透明電極２１と金属電極２３とで挟んだ部分はセ
ンサとして機能するので、引き出し配線２４下部がセン
サとならないように、引き出し配線２４と光電変換層２
２との間に絶縁膜２５を形成する。この絶縁膜２５は、
ポリイミドを着膜及びフォトリソ法によりパターニング
することにより、カラー画像の１画素を構成する部分に
おいて階段状となるように形成されている。また、各引
き出し配線２４の端部は、透明基板２０上に配置された
駆動ＩＣ２６にボンディングワイヤ２７で接続され、駆
動ＩＣ２６により各受光素子１１，１２，１３からの信
号を時系列的に読み取るように構成されている。

【００１１】透明基板２０の受光素子形成側と反対面に
は、回折格子３０が形成されている。この回折格子３０
は、漂白銀塩や重クロム酸ゼラチンを用いて周期的な屈
折率分布を形成した位相格子や、レジスト膜に凹凸を作
成した表面レリーフ格子により構成する。原稿面２から
の反射光３は、回折格子３０を通過することで波長に応
じた回折角で回折し分光される。透明基板２０の法線に
対する反射光３の入射角をθｉ、回折格子の周期をｄと
すると、波長λの光の１次回折光の回折角θｍは次式を
満足する。 ｓｉｎθｍ＝λ／ｄ−ｓｉｎθｉ

【００１２】回折格子３０の周期ｄを１μｍ、θｉ＝０
（反射光が回折格子の直上から入射する）として、λ＝
４００ｎｍと７００ｎｍについてθｍを計算し、透明基
板２０の厚みを１ｍｍとした場合、原稿面２からの反射
光３の入射方向の直下を基準位置とした場合、各波長に
おける前記基準位置からの距離は次のようになる。 λ＝４００ｎｍのとき、４３６μｍ λ＝７００ｎｍのとき、９８０μｍ 従って、可視光は受光素子アレイ方向に直交する方向に
基準位置から４３６〜９８０μｍの位置に分光されて投
影される。この位置に図１に示すように、各色に対応す
る受光素子１１，１２，１３をＲ方向にずらして配置す
れば、所望の色成分の光を受光することができ、複数の
色成分信号からカラー画像情報を読み取ることができ
る。

【００１３】本実施例によれば、受光素子１１，１２，
１３の受光部の形状とその位置により、色成分信号に任
意の分光感度特性を持たせることができる。すなわち、
カラーテレビジョンシステムにおける理想の分光感度特
性は前記した図６のようになり、図１において、Ｑ方向
が感度軸に、Ｒ方向が波長軸に対応している。従って、
図６に示した分光感度特性の各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に対応
する波長のみを入射可能とするように受光素子１１，１
２，１３の位置を決め、更に各波長におけるＱ方向の幅
を決めて感度を変化させることにより、受光部面積を調
整して図６の分光感度特性に近い色成分信号を得ること
ができる。図１の受光素子形状及び位置によれば、カラ
ーイメージセンサとして要求される理想分光感度特性に
容易に近づけることができ、受光素子１１，１２，１３
の構造の改良のみでカラーイメージセンサにおける色再
現性を向上させることができる。

【００１４】図４は本発明の他の実施例を示すもので、
受光素子アレイ１０を構成する各受光素子１１，１２，
１３の受光部の形状及び位置についての別例を示すもの
であり、図１と同一構成部分については同一符号を付し
ている。すなわち、クロムパターンで形成される金属電
極２３の形状が図１のイメージセンサと異なる。各受光
素子１１，１２，１３における金属電極２３ａ，２３
ｂ，２３ｃの位置及び形状は、図５に示した分光感度特
性に一致させたものである。図５の分光感度特性は、国
際照明委員会（Commission International de l'Eclair
age, 以降ＣＩＥと省略する）が１９３１年に定めた表
色系のうちＸＹＺ表色系（ＣＩＥ Standard Colorimet
ric System）の三刺激値ｘ（λ），ｙ（λ），ｚ（λ）
に一致させた例である。この三刺激値ｘ（λ），ｙ
（λ），ｚ（λ）に対応するように、各受光素子１１，
１２，１３の金属電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成す
る。

【００１５】受光素子１１は、Ｘ表色系が４００ｎｍ〜
７００ｎｍの間に２つのピーク値を有することから、２
つの受光部を有するよう金属電極２３ａが構成されてい
る。また、Ｙ表色系に対応する受光素子１２において
は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長がまんべんなく入射
されるよう金属電極２３ｂを構成している。Ｚ表色系に
対応する受光素子１３においては、５００ｎｍ以下の短
い波長成分が入射するように金属電極２３ｃが構成され
ている。また、図のＱ方向については図１と同様に分光
感度特性の感度軸に対応するものであり、図５の三刺激
値に対応して幅が決められる。また、絶縁膜２５も金属
電極２３の形状に応じて各引き出し配線２４下部がセン
サとして機能しないように図３に示すような形状として
いる。

【００１６】本実施例のカラーイメージセンサによれ
ば、図５に示すような分光感度特性を持たせることで、
カラーイメージセンサとしての色再現性は理想に近いも
のとなる。

【００１７】尚、上記各実施例においては、等倍結像系
を有する密着型のカラーイメージセンサについて適用し
た例を示したが、縮小光学系を用いたイメージセンサ
や、結像系を持たない完全密着型のイメージセンサにつ
いても適用できることは勿論である。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、回折格子を用いて分光
を行なうカラーイメージセンサにおいて、各受光素子の
受光部のアレイ方向に直交する方向における長さを、所
望の色成分の光線の波長に対応する長さとしたので、前
記色成分の光線を全て受光することができ、受光部の面
積を分光感度に応じた大きさとしたので、分光感度特性
に忠実な色成分の画像信号を得ることができ、受光素子
の構造の変更のみでカラー画像の色再現性を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例のカラーイメージセンサの
平面説明図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ´線断面説明図である。

【図３】 図１のカラーイメージセンサにおける回折格
子と受光素子との関係を示す構成概略説明図である。

【図４】 本発明の他の実施例のカラーイメージセンサ
の平面説明図である。

【図５】 ＣＩＥの定めたＸＹＺ表色系の三刺激値のス
ペクトル図（分光感度特性図）である。

【図６】 ＮＴＳＣ方式のカラーテレビジョンシステム
における分光感度特性図である。

【図７】 回折格子を用いた従来例のカラーイメージセ
ンサにおける分光感度特性図である。

【図８】 回折格子を使用したカラーイメージセンサの
原理を説明するためのセンサ概略構成説明図である。

【図９】 従来のカラーイメージセンサの構成説明図で
ある。

【図１０】 図９のカラーイメージセンサの受光素子ア
レイ部分の平面説明図である。

【符号の説明】

２…原稿面、 ３…反射光、 １０…受光素子アレイ、
１１，１２，１３…受光素子、 ２０…透明基板、
２１…透明電極、 ２２…光電変換層、 ２３ａ，２３
ｂ，２３ｃ…金属電極、 ２４…引き出し配線、 ２５
…絶縁膜、 ３０…回折格子

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像に光を照射し、その反射光を読み取
   る受光素子アレイと、光路中に配置され前記反射光を複
   数の色成分に色分解する回折格子とを具備するカラーイ
   メージセンサにおいて、前記受光素子アレイは、所望の
   色成分に対応する数種類の形状の受光部を有する受光素
   子を周期的に配列し、各受光素子の受光部のアレイ方向
   に直交する方向における長さは、回折格子を通して色分
   解された光線のうち前記所望の色成分に対応する波長の
   光線が入射可能な長さとするとともに、前記受光部の面
   積を分光感度に応じた大きさとすることを特徴とするカ
   ラーイメージセンサ。